¿Te has preguntado para qué sirve el colisionador de hadrones? El Science and Technology Facilities Council del Reino Unido, nos explica los misterios que se esperan develar.
¿Cómo llegó el universo a ser lo que es?
El universo comenzó con una gran explosión - pero no entendemos enteramente cómo o por qué se desarrolló de la forma en la que lo hizo. El LHC nos permitirá observar cómo se comportó la materia una pequeña fracción de segundo luego del Big Bang. Los investigadores tienen algunas ideas sobre qué esperar - ¡Pero también esperan lo inesperado!
¿En qué clase de Universo vivimos?
Muchos físicos piensan que el Universo tiene más que las cuatro dimensiones (espacio y tiempo) de las que nos percatamos. ¿Traerá el colisionador evidencia de nuevas dimensiones? La gravedad no se acomoda a las descripciones actuales de las fuerzas usadas por los físicos. Es, también, mucho más débil que las otras fuerzas. Una explicación para esto puede ser que nuestro universo sea parte de una realidad multidimensional más grande y que la gravedad pueda fugarse hacia otras dimensiones, haciéndola aparecer aún más débil. El colisionador puede permitirnos ver evidencia de estas otras dimensiones - por ejemplo, la producción de pequeños agujeros negros que aparezcan y desaparezcan en una pequeña fracción de segundo.
¿Qué ocurrió en el Big Bang?
¿De qué estaba hecho el Universo antes de que se formara la materia que vemos a nuestro alrededor? El colisionador recreará, a muy pequeña escala, las condiciones que existieron durante el primer billonésimo de segundo del Big Bang. En los momentos más tempranos del Big Bang, el Universo consistía de una sopa ardientemente caliente de partículas fundamentales: quarks, leptones y portadores de fuerza. Al enfriarse el universo a unos 1000 billones de grados, los quarks y gluones (portadores de fuerza fuerte) se combinaron para componer partículas como los protones y neutrones. El colisionador guiará los núcleos hacia un choque en el que se liberarán las partículas constituyentes de loa quarks en un fugaz y pequeño 'Big Bang'. Esto nos retrotraerá al momento previo a la formación de estas partículas, recreando las condiciones tempranas en la evolución del Universo, cuando los quarks y los gluones eran libres de mezclarse sin combinarse. Los restos detectados proveerán información importante acerca de este estado temprano de la materia.
¿Dónde está la antimateria?
El Big Bang creó cantidades iguales de materia y antimateria, pero ahora sólo vemos materia. ¿Qué pasó con la antimateria? Cada partícula fundamental de materia tiene asociada una antimateria con propiedades iguales pero opuestas tales como la carga eléctrica (por ejemplo, el electrón negativo tiene una antimateria positiva asociada denominada positrón). Cantidades iguales de materia y antimateria fueron creadas en el Big Bang, pero la antimateria desapareció. ¿Qué le ocurrió entonces? Los experimentos ya han mostrado que algunas partículas de materia decaen a tasas diferentes a las de sus anti-partículas, lo que podría explicar esto. Uno de los experimentos del colisionador de hadrones será estudiar estas diferencias sutiles entre partículas de materia y de antimateria.
¿Por qué las partículas tienen masa?
¿Por qué algunas partículas tienen masa mientras que otras no? ¿Qué es lo que produce esta diferencia? Si el colisionador de hadrones revela partículas predichas por la teoría, eso nos ayudará a entender esta cuestión. Las partículas de luz, conocidas como fotones, no tienen masa. Las partículas de materia, tales como los electrones y los quarks, sí la tienen - y no estamos seguros por qué. Un físico británico, Peter Higgs, propuso la existencia de un campo (campo de Higgs) que impregna todo el Universo e interactúa con algunas partículas y les da masa. Si la teoría es acertada entonces el campo podría revelarse a si mismo como una partícula: la partícula de Higgs. La partícula de Higgs es muy pesada como para que surja en los aceleradores ya existentes, pero las altas energías del Gran Colisionador de Hadrones nos permitirían producirlas y detectarlas.
¿De qué está hecho el Universo?
¡El noventa y seis por ciento de nuestro Universo está perdido! Mucha de la materia perdida es material que los investigadores han denominado 'materia oscura'. ¿Podrá el Gran Colisionador averiguar de qué está hecha? La teoría de la 'supersimetría' sugiere que todas las partículas conocidas tienen 'supercompañeras' todavía no detectadas. Si existen, el colisionador debería encontrarlas. Estas partículas 'supersimétricas' pueden ayudar a explicar un misterio del Universo: la materia perdida. Los astrónomos detectaron los efectos gravitacionales de la enorme cantidad de materia que no puede ser vista y, por lo tanto, es llamada 'materia oscura'. Una explicación posible para la materia oscura es que consista de partículas supersimétricas.
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